[發(fā)明專利]由含鎳的鎢硬質(zhì)合金制成且具有Al2O3表面涂層的摩擦攪拌焊接工具

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280055350.7
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN103930234B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 斯特凡·埃德呂德;亨里克·努登斯特倫
• 申請（專利權(quán)）人: 山特維克知識產(chǎn)權(quán)股份有限公司
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;C22C29/08;C23C16/30
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11219
• 代理人: 郭國清,穆德駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于焊接金屬板并特別地用于焊接鋼板的摩擦攪拌焊接工具。

背景技術(shù)

摩擦攪拌焊接已工業(yè)使用多年，并且尤其是在金屬材料例如鋁、黃銅和青銅的焊接中已經(jīng)使用多年。摩擦攪拌焊接為如下的固態(tài)工藝，其涉及通過由旋轉(zhuǎn)和移動摩擦攪拌焊接探頭被推動沿著待焊接接縫(joint)移動而提供的摩擦熱發(fā)生局部塑性變形。由探頭和接縫中金屬材料之間的接觸所產(chǎn)生的摩擦熱使得金屬材料可攪拌，并且沿著接縫旋轉(zhuǎn)和移動所述探頭實現(xiàn)攪拌材料的焊接。

與涉及熔料快速固化的傳統(tǒng)激光焊接或熔焊相比，摩擦攪拌焊接為具有獲得巨大經(jīng)濟效益的潛能的技術(shù)。摩擦攪拌焊接的優(yōu)勢在于加熱區(qū)域有限，而且所得焊接點通常足夠光滑，從而省去了后續(xù)的拋光步驟。

與傳統(tǒng)的電弧焊接或激光束焊接相比，對鋼進行摩擦攪拌焊接可使焊接點具有較少的孔、較少的碳擴散和更高的強度。

在鋼的焊接工藝期間，用于摩擦攪拌焊接探頭的條件是很苛刻的。摩擦攪拌焊接涉及高溫?zé)嵫h(huán)。焊接點內(nèi)的溫度可能為約800-1000℃，并且在這個高溫下，探頭必須具有高的機械強度。如果該高溫機械強度不足，那么探頭將會氧化、磨損和崩落(collapse)或破裂。

US 2010/0258612A1公開了由硬質(zhì)金屬制成的部分地涂布有一層或多層的用于焊接鋼的摩擦攪拌焊接工具。

在摩擦攪拌焊接工具領(lǐng)域需要進一步的完善。摩擦攪拌焊接工具不應(yīng)太昂貴，壽命長并可預(yù)測，并且在高溫下有高的強度和耐磨性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的在于提供如下的摩擦攪拌焊接工具，其與已知的摩擦攪拌焊接工具相比具有改善的特性。

本發(fā)明的另一目的在于提供具有高耐磨性和高抗氧化性的摩擦攪拌焊接工具。

根據(jù)所附的獨立權(quán)利要求，本發(fā)明公開了摩擦攪拌焊接工具、制造這種工具的方法以及這種工具的用途。從屬權(quán)利要求中公開了進一步的實施方式。

根據(jù)本發(fā)明的摩擦攪拌焊接工具由在粘結(jié)相中具有WC顆粒的硬質(zhì)合金制成，其中所述硬質(zhì)合金包含3重量％至10重量％的Ni，并且其中所述焊接工具至少部分地涂布有包含Al₂O₃的表面涂層。

在一個實施方式中，所述摩擦攪拌焊接工具由在粘結(jié)相中具有WC顆粒的硬質(zhì)合金制成，其中所述硬質(zhì)合金包含3至10重量％的Ni，并且其中所述焊接工具至少部分地涂布有如下的表面涂層，所述表面涂層包括至少一個由Ti化合物和Zr化合物中的至少一者制成的第一表面涂層，其為內(nèi)層，包括Ti碳化物層、Ti氮化物層、Ti碳氮化物層、Ti碳氧化物層、Ti碳氮氧化物層、Zr碳化物層、Zr氮化物層、Zr碳氮化物層、Zr碳氧化物層和Zr碳氮氧化物層中的至少一層，和第二表面涂層，其為包含Al₂O₃的外層。

根據(jù)本發(fā)明的摩擦攪拌焊接工具具有高的熱硬度、高的機械強度并且耐熱機械疲勞。

可在如下材料中實施所述焊接，其為可塑性變形的材料，例如鋁、銅、黃銅、青銅、鋼，和其它金屬材料以及合金。特別地，本發(fā)明的摩擦攪拌焊接工具能夠?qū)摵附拥戒摵蛯摵附拥戒X，因此所述工具經(jīng)受非常高的溫度。

根據(jù)本發(fā)明的摩擦攪拌焊接工具可具有任何期望的形狀。所述探頭可例如為截斷形(truncated)、具有凹槽的螺旋形或針對應(yīng)用包含任何其它合適的設(shè)計。

硬質(zhì)合金是如下的材料，其通常在粘結(jié)相中包含WC顆粒?？稍诎ㄑ心?、噴霧干燥、壓制和燒結(jié)的工藝中制造硬質(zhì)合金。有時將硬質(zhì)合金中的WC顆粒稱為α相。WC顆粒的粒度通常會在燒結(jié)工藝期間變化。本文件中提及的粒度是燒結(jié)后WC顆粒的粒度。用杰弗里斯平面測量法(Jeffries'planimetric method)(ASTM E112)測量WC粒度，所述杰弗里斯平面測量法是一種基于對已知區(qū)域內(nèi)的顆粒數(shù)目進行計數(shù)的方法。

典型硬質(zhì)合金中的粘結(jié)相是如下的金屬相，其圍繞WC顆粒和可能存在的其它硬質(zhì)相，例如，如TiN、TiC或TiCN的硬質(zhì)相。粘結(jié)相中含有Ni是有利的，因為其有助于硬質(zhì)合金對熱機械疲勞的高抗性。含有Ni還使硬質(zhì)合金的抗氧化性增強。本發(fā)明的摩擦攪拌焊接工具中的硬質(zhì)合金包含3至10重量％的Ni，優(yōu)選4至5重量％的Ni。

表面涂層可有助于硬質(zhì)合金的抗氧化性的增強。本發(fā)明的第二表面涂層優(yōu)選包含Al₂O₃、更優(yōu)選α-Al₂O₃、最優(yōu)選細(xì)粒的α-Al₂O₃。